理念与情怀——田昭武院士传略

本书是田昭武院士个人传记,全书共六章,包括勇执教鞭首战告捷,逆境中的坚守,从传统电化学到现代电化学,科学家的情怀,情系绿色交通,恰同学少年(学生时代回顾)等。书稿较为全面地记述了田先生的生平事迹,对宏扬科学精神,鼓励后学有积极作用。

第一章
前言田昭武先生是我国现代电化学创始人之一,厦门大学化学系教授。
他于1980年当选为中国科学院学部委员(院士),1984年获英国威尔士大学名誉理学博士学位,1996年当选第三世界科学院院士(现更名为发展中国家科学院院士),历任国际电化学会副主席、中国化学会理事长、厦门大学校长、国家教委化学教学指导委员会首届主任委员、福建省科协主席、固体表面物理化学国家重点实验室首届主任、《国际电化学学报》(ElectrochimicaActa)副主编、《中国科学》编委,第六届全国政协委员,第七、八、九届全国政协常委,“国家十二五战略性新兴产业发展重点咨询研究——新能源汽车产业发展战略研究”项目领导小组成员。
田先生1939年就读于福建省立永安中学直至完成初中、高中学业。
1945年保送厦门大学化学系,师从卢嘉锡、蔡启瑞、钱人元等名师。
1949年毕业于厦门大学化学系,留校任卢嘉锡先生的助教。1953年之后,他走上讲坛,系统讲授“物理化学”“物质结构”等课程,1955年选择电化学为科研主攻方向,为我国电化学科学的发展做出了重大贡献。
田先生是科研源头创新及学科交叉的提倡者和实践者,主要研究领域为物理化学,交叉于物理学、数学、计算科学、微系统科学、生命科学等多个学科。他在基础理论、研究方法及应用方面(包括实验方法、仪器的研制)做了许多开创性的工作,其中包括自催化电极过001理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI程、电极交流阻抗(瞬间交流阻抗选相调辉测定法和选相检波测定法、电极法拉第阻抗和非法拉第阻抗的等效电路、电极绝对等效电路)、多孔电极极化理论、聚合物半导体光电转换理论、某些化学电源(如银锌、锌—空电池等)、金属腐蚀电化学、电分析化学(如液相色谱新型电流检测器、离子色谱电化学抑制器等)、电化学现场的扫描隧道显微技术(ECSTM)、高密度阵列点样新技术、微流控芯片器件(如灵巧微型电渗泵)、新型的电泳分离技术、新型脉冲极谱和电化学谱方法、微系统制造技术[如微纳米复杂三维加工的约束刻蚀剂层技术(CELT)]、电化学储能技术——新型超级电容器等。研制成功并批量生产“DHZ-1型电化学综合测试仪”“XYZ-1型离子色谱抑制器”“DD-1型电镀参数测试仪”等多种电化学仪器。发表学术论文193篇,发明专利34项(已授权29项,其中包括5项为美国、德国、欧洲、日本等国际发明专利),获得国家自然科学奖、国家发明奖以及省部级以上科技奖励20项。1986年获全国五一劳动奖章及全国先进教育工作者称号,1991年获全国高等学校先进工作者称号,并于1994年获得参加45周年国庆全国百名劳模代表赴京登天安门观礼的荣誉。
作为我国电化学的创始人、领头人之一,田先生为了提高我国电化学科学整体水平,曾多次举办全国性的电化学培训班、研讨班,培养了一大批电化学学科带头人和科研、教学骨干;他创办《电化学》期刊,主办第46届国际电化学学会年会并任年会主席,推动国际学术交流,展示我国电化学研究成果;他著书立说,著有《电化学研究方法》,《田昭武院士论文集——拓宽视野的电化学》,主编《电化学实验方法进展》、PhotochemicalandPhotoelectro-ChemicalConversionandStorageofSolarEnergy、《化学统计》(大学化学疑难辅导丛书)、《化学反应速率》(大学化学疑难辅导丛书)、《平衡问题》(大学化学疑难辅导丛书)等,拓宽了电化学工作者的视野,其中除了基础理论知识之外,还展示了许多实用的现代电化学研究方法、工具,对002前?言本学科乃至从事其他领域的科学工作者,都是极有价值的。
通常具有海外留学背景的学者,能直接利用国外的科研平台,从事与导师相关的研究。而田先生大学毕业时,正值新中国成立伊始,没有出国留学深造或读研的机会。因此,在专业方面,他不可能求教于国外某个大师的门下,更没有由大师开拓的现成的(成功的)道路可循,何况当时电化学动力学在国内还近乎空白。他像一个拓荒者,完全靠自己去探索,去抓住各种机遇。要做出学术界公认的一流成就,就必须付出成倍的努力。田先生一生坚持“立志、奋斗、创新、求实”的学术精神,这也是他学术生涯最突出的特点,对后学者具有很大的激励和启迪作用,是给予后辈学子的丰厚财产。
本书并非田先生的完整传记。书中仅简略回顾他的教学、科研轨迹,介绍他对我国电化学科学及担任厦大校长期间对学校教育事业发展所做出的杰出贡献,展现一位老科学家严谨治学的理念和多年来殚精竭虑推动我国科技水平、教育事业发展的不变情怀。
“人近高寿犹赤子”。如今已届九秩的田先生仍活跃于科研第一线,从事可用于电动汽车的电化学储能器件——新型超级电容器技术、微系统制造技术和生物芯片点样技术研究。他每天都到实验室指导课题组同事攻关,时时牵挂着研究课题进展。他多年来呼吁、倡导绿色交通,经常向国家有关部门建言献策,提出各种具体解决方案,不辞劳苦奔走于政府、科研单位、生产企业间。这种高负荷的工作状态在高龄的科学家中也是极少见的。
衷心祝愿田先生健康长寿,我们更相信:“智者生命之树常青”。
003目录第一章勇执教鞭首战告捷?/001留校任教?/002三尺讲台?/007图解、思考题和实验?/010电化学研究的第一篇论文?/011第二章逆境中的坚守?/017前线炮火和自然灾害?/018“文革”避祸巧遇晶体管?/022研制锌-空气二次电池?/024争分夺秒研制电化学综合测试仪?/027第三章从传统电化学到现代电化学?/030引进我国首台个人电脑?/031经典(传统)电化学理论和实验方法、仪器研究?/035自催化电极过程研究?/037电极交流阻抗研究?/041001理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAIDHZ-1型电化学综合测试仪等多种电化学仪器?/044多孔电极极化理论研究?/047导电聚合物材料?/050金属腐蚀与防护?/052新型的脉冲极谱和电化学谱方法?/056具有精细能级、空间分辨的现代电化学研究?/059建立各种现代电化学谱学方法?/059电化学现场扫描隧道显微术(ECSTM)?/063拓展到其他应用领域的电化学研究?/065离子色谱电化学抑制器?/066对微米尺度固液体系特殊性的认识?/069微纳米复杂三维加工的约束刻蚀剂层技术(CELT)?/070生物芯片高密度阵列点样技术?/074灵巧微型电渗泵?/076逆流聚焦电泳技术?/077基于液相储能的新型超级电容器?/079第四章科学家的情怀?/084打破国外垄断,研制中国自己的仪器?/085致力于培养中国电化学骨干力量?/086中国电化学之“黄埔军校”?/086电化学“黄埔军校”的升级版?/088主办国际电化学年会,促进国际学术交流?/090申办及筹备第46届国际电化学会年会?/090盛会空前?/093著书立说,搭起理论和应用间的桥梁?/097《电化学研究方法》?/097《电化学实验方法进展》?/099发起成立中国化学会电化学专业委员会及创办专业期刊?/102002目?录双肩重担?科学治校?/106人员定编问题和住房分配问题?/107水、煤、电等民生问题?/108学科建设?/109教师队伍建设?/111组建固体表面物理化学国家重点实验室?/113率先试行“三学期制”?/115处理突发事件?/116对学术造假“零容忍”?/118第五章情系绿色交通?/120建议以发展电动公交车为切入点?/121解决电动轿车发展瓶颈必须摆脱燃油汽车思维?/123突破“里程短、价格高”瓶颈?/125解决“充电难”瓶颈?/127租赁模式及政府补贴?/130支持轻型电动汽车及铅酸电池的发展?/133在国家“十二五”规划咨询研究中建言献策?/134作为中国科学院项目负责人向国务院呈报的咨询报告?/135锲而不舍金石可镂?/138老骥伏枥壮志不已?/143第六章恰同学少年?/148诗礼传家?/148抗战中准军事化的求学经历?/152“舂糖粿”绰号的由来?/158家庭影响的潜移默化?/160动荡校园幸遇良师?/163参考文献?/172003理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI附录一我的科学观和人生观?/175附录二主要活动年表?/185附录三发明专利?/198后记?/201004第一章勇执教鞭?首战告捷第一章勇执教鞭首战告捷田昭武1945年从福建省立永安中学毕业,被保送厦门大学化学系,成为新生院的一名新生。
同一年,卢嘉锡先生辞却了国外一切聘任,毅然回国,受聘为厦门大学化学系教授。
这似乎是一种巧合,更是一种缘分,从此留下了他们特殊师生关系的一段佳话。
在卢嘉锡先生的安排下,田昭武比别人多学好几门化学学科之外的课程。
同样,在卢嘉锡先生的安排下,田昭武毕业留校后先后担任“物理化学”和“物质结构”两门重要课程的助教和主讲。
而后,在卢嘉锡先生的鼓励下,田昭武走上了电化学科研之路。
001理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI留校任教卢嘉锡先生从美国回到厦门大学后,把满腔的热情投入结构化学科研和化学人才培养上。
1946年夏天,厦大新生院(当时设在鼓浪屿)一年级新生田昭武考出了各门课程平均高达91分而名冠全校,获得嘉庚奖学金。消息传到厦大校本部,时任理学院院长兼化学系系主任的卢嘉锡先生高兴不已。他认定田昭武正是他百里挑一、延续学术、承接梯队的传人之一。此后,卢嘉锡先生对田昭武因材施教,呵护有加。
当时化学系的学生不多,卢嘉锡先生根据每位学生的具体情况,进行个性化的指留校任教初期的田昭武(1951年)导,因人而异地给每个人制订了不同的学习计划。每个新学年开学时,学生们都要到系主任那里去选定学习课程。哪个人应该主修什么课程,选修什么课程,卢先生都会亲自帮他们量身定制。
田昭武的悟性好,自学能力强,卢先生专门给他多开列了化学学科之外的课程,而这些课程是普通化学系学生不一定学习的。在物理方面,化学系学生一般只修一门“普通物理学”就够了,但是卢先生觉得田昭武还应该多学一些。因此,他还要田昭武多学“电磁学”和“理论物理”等课程。而在数学方面,他给田昭武增加了“高等微积分”“微分方程”等课程。在卢嘉锡先生的精细化和个性化的安排下,田昭武比其他同学超前学习了许多数理课程,为他今后的科学攻关打下了扎实的基础。
002第一章勇执教鞭?首战告捷新生院欢送蔡启瑞师赴美留影(1946年于鼓浪屿)?
(前排右三田昭武;二排右五卢嘉锡,右六蔡启瑞,右七院长周辨明)出于对田昭武的喜爱,卢嘉锡先生还介绍他到厦门市立中学高中部兼任化学教师,既帮助他解决生活上的困难,又给年轻的田昭武提供了教学实践的机会。
1949年田昭武毕业时,卢嘉锡先生毫不犹豫地把他留在身边当助教。能担任卢先生的助教,这是系里许多年轻教师所渴望的,所以田昭武特别珍惜这难得的机会。当时他承担的助教工作包括带本科生做物理化学实验及帮卢先生的研究生做结晶学的实验项目。
1953年,田昭武升为讲师。卢嘉锡则放手让他挑起重担,安排他给三年级的学生讲授“物理化学”课。当时,担任该年级两个小班的主讲教师有两位,一位是李法西副教授,另一位就是青年讲师田昭武。
田昭武的学生余秀芬(现福州大学化学系退休教授)是这样评价他的讲?
课的:我们是从福州大学合并到厦大来的。当时,厦大有30位学生,福大也有30位。所以,这一届化学系就变成了两个班,一班由李法西先生主讲,一班由田昭武先生主讲。虽然田昭武老师是第一次讲这门课程,但是同学们反映他的教学效果很好。他讲课重点突出,条理清楚,逻辑性强,我们都很佩服他。物化这门课是很不好教的,因为它太抽象了。特别是第二定律那个“熵变”跟反应过程之间的关003理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI系,十分枯燥抽象,但他第一次讲课就能“掐住要处”(抓住要点)。
这其中的奥秘就是,他有十分扎实的基本功,且认真备课,讲究教学方法,特别是继承了卢嘉锡先生讲课风格,但又有所创新。a1955—1956年第一学期物质结构课程教学大纲田昭武教了一年的“物理化学”,学生反映很好。于是,系主任卢嘉锡决a余秀芬访谈,2013年3月,福州。
004第一章勇执教鞭?首战告捷定这门课就全部由田昭武一个人主讲,李法西开“胶体化学”课。从恩师卢嘉锡的目光里,田昭武既感到信任,更感到压力。他觉得这是一次超越自我的机会,决不能辜负恩师的厚望。他要把压力变为动力,在三尺讲台上展现青春才华。
1955年毕业于厦门大学化学系的中科院院士、晶体结构化学家梁敬魁先生,读大三时,从福州转到厦门大学。他说,当时上课没有课本,不像现在有很多参考资料。当时的教科书,基本上是老师自己写的讲义。所以,上课时,学生必须很认真地记笔记,每一个章节都要仔细地记下来,以供复习考试之用。
印象比较深刻的,就是田先生讲课条理很清楚,逻辑性很强,很有启发性,大家都喜欢听他讲课。田先生板书像卢嘉锡先生那样很工整,笔力遒劲。还有,田先生有一副好嗓子,讲课声音洪亮,底气很足,一字一句都听得十分入耳。
1994年院士大会合影?
[左起梁敬魁、蔡启瑞、田昭武、林尚安(厦大校友)]梁敬魁先生还回忆,上物理化学课的时候,田先生经常会停下来提问。
他一方面通过提问吸引学生注意,提醒学生哪部分知识至关重要,必须完全掌握;另一方面,学生通过回答问题,能够加深理解。即使学生回答对了,田先生还会进一步归纳总结,完善答题;如果回答错了,他会重复讲一遍,直到大家都弄懂了为止。田先生待人和蔼可亲,从来不训人,也没有严厉批评过任何一个人。虽然当时他很年轻,但是师生关系很好。梁先生因家里穷,念书晚,所以,考进厦大时年龄稍大些。田先生担任他的老师时,只比他大005理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI4岁。可是,梁先生既把田先生当老师,又视他为朋友,有什么问题随时请教,而他总是有问必答。
1954年的暑期,教育部在北京大学举办一期短期培训班,为期一个月,目的是要为高校化学系增设一门新课“物质结构”而培训师资。此前,全国高校的教学计划中都没有开设这门课程。培训班聘请了4位主讲教授:厦门大学的卢嘉锡、吉林大学的唐敖庆、北京大学的徐光宪和复旦大学的吴征铠。
这四位教授都是化学界的精英,国内高校化学学科的带头人。
厦门大学该选派谁赴京培训?担任培训主讲教师的卢嘉锡先生脑海中立马闪现出一位最佳人选,他就是青年讲师田昭武。
代表厦门大学去接受培训,这是一个难得的学习机会,令田昭武激动不已。他在兴奋之余又倍感不安,他十分清楚,面临??物构班四主讲30年后再聚首(左起徐光宪、卢嘉锡、吴征铠、唐敖庆,照片由厦大化学系物构教研室提供)的是一次新的挑战。只能成功,不能失败,因为肩负着的是全系的嘱托,代表的是厦门大学!
在培训的过程中,他全力以赴,每天梳理课堂笔记,琢磨学习心得。他还边学习,边备课,培训班一结束他已整理出教案。
8月底培训班结束,9月新学年开学,他就在厦大化学系开出“物质结??2004年,厦门大学卢嘉锡科学教育基金颁奖仪式上与徐光宪合影构”这门新课。虽然时间006第一章勇执教鞭?首战告捷上有些仓促,但他还是胸有成竹地把这门新课讲得有声有色。
所谓“名师出高徒”,其实还需要“徒”的用心与悟性,以及学习中锲而不舍的韧性。
三尺讲台“物理化学”“物质结构”都是化学学科的主课。这些课程较为抽象,因1955—1956年物理化学教研组第一学期工作计划007理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI为涉及数学、物理概念性的知识较多,相对比较难教。
“如何把这两门很抽象的课程讲得形象化,上得通俗易懂些?”田昭武一直在琢磨着这个问题。譬如,物理化学中有一个函数,叫“熵”,又叫“热温熵”,跟热有关系,跟温度也有关系,这个“熵”是物理化学最抽象的概念之一。热除以绝对温度得到的就是这个“熵”,这是最通俗的说法,但仍然抽象得很,所以学生对“熵”的把握总感到困难,形容“熵”这个概念如泥鳅一样,戏说“熵”是“光溜溜,圆滚滚,滑来滑去抓不住”,只可意会,不可言传,难以理解,不好把握。
在年复一年的教学中,如何让学生能轻松地抓住这个“光溜溜、圆滚滚、滑来滑去”的“熵”呢?这一问题一直萦绕在田昭武的脑海中,为了把困扰学生的关键点讲得更为具体,更加形象,他在不断思考着。梁敬魁先生回忆,田昭武引导学生将“熵”联系到一度热库里面的热,这是比较具体的东西,再经过他重点突出、由浅入深的讲解,学生就能比较顺利地啃下“熵”这个难懂的概念。
田昭武讲“熵”,由抽象到具体,既深入浅出,又通俗易懂,学生们豁然开朗了。看见学生脸上浮现出听懂和理解的神情,田昭武也感到从未有过的快乐。
田昭武之所以能把化学的主课上得如此生动出彩,是因为他对化学学科知识的广泛掌握和深入理解,在娴熟的基础上,再辅以教学技巧。香港《文汇报》曾撰文,称田昭武是卢嘉锡的“大弟子”。田昭武说过,卢嘉锡?
先生的课上得非常之好,但作为弟子,仅仅照猫画虎或亦步亦趋地模仿,还是远远不够的。所讲的内容一定要通过自己的思考,只有经过自己独立思考的部分才能讲得精彩,而这些内容在后来的科研中运用起来,尤为得心应手。
张朝炎(厦大退休教授、当年田昭武的助教)1957年北京大学毕业后分配到厦大化学系。她回忆当年助教的许多经历:我曾担任田先生物理化学基础课的助教8年,田先生学识渊博,我很仰慕和崇敬他。当年,田先生每次上课,我都去听课。我在北大学的是大物化,曾听过不少名家的课。但觉得田先生的课讲得更为精彩,深入浅出。田先生不是随随便便地讲课,他不但认真地备008第一章勇执教鞭?首战告捷课,而且不断探索如何改进和完善教材内容。他讲课的最大特点就是逻辑严密,没有任何废话。而且,每当讲一个公式或定理时,他都会指出前提条件。在什么条件下,经过何种假设或者简化处理,最终会得出什么样的结果,把过程推演得一清二楚,很有启发性。
每次听课,我都要记笔记,像学生听课那样认真专注。他讲的每一轮教材的每一个章节,我都要认真地记,即使下一次讲到同一章节,我还是要记笔记。日积月累下来,我发现同一篇教材的每一轮讲课,都会有所不同。这一次讲的,跟上一次讲的有一些地方就会不一样。比如,讲到卡诺循环,按照教科书的要求,是在讲热力学三的时候才讲。但田先生不是这样,在讲热力学三之前就结合讲卡诺循环了。他是预先做了铺垫,让学生能循序渐进地认识卡诺循环。所以,我认为,田先生讲课不是一成不变的,经常根据学生的认知情况而不断地调整变化。a厦门大学化学系1958级校友高鸣九把当年的“物理化学”听课笔记装订成册保留至今。有人把这本听课笔记,与以后全国通用的“物理化学”教科书做了详细对照,发现有许多章节田昭武描述得更为通俗易懂。
田昭武的切身体会是:精心施教其实是对教师自己最好的提高。课堂的讲解是思绪非常兴奋的时候,注意力高度集中,所以上完一节课下来,往往能发现一些自己在先前备课时所忽略的。讲着讲着,就觉得这里有欠缺,必须增补上。这是在讲课的兴奋状态里萌发出的一种非常特殊的感悟,只有潜心讲课,才能深得体会。
多年来,田昭武谆谆告诫自己课题组的同事和研究生,在备课和讲课之中所累积的知识和感悟对今后所从事的科研是能够起很大的影响和作用的。
这也是他始终坚持教师要争取讲授一两门基础课的原因。他认为,人们常常把老师比喻成蜡烛,一直燃烧自己照亮别人,纯粹奉献到尽头,其实不尽然,蜡烛在照亮别人的时候,也照亮了自己,在烛火烛光里往往能获得新思新悟乃至科研的灵感。
a张朝炎:《善于启发?严格要求——田昭武先生的教学特色》,《厦门大学报》2007年6月10日。
009理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI图解、思考题和实验20世纪50年代,厦大化学系田昭武的“物理化学”课上得十分精彩,这是有口皆碑的。而他独创以“图解、设计思考题和实验”的教学方法,帮助提高学生学习水平,堪称一绝。
物理化学涉及多相系统,既抽象又复杂。田昭武就以“研究相的平衡”为例,引导学生进入这个“相”的大千世界。相有气相、液相和固相。而液相里面可能有两层液相,比如油和水,两层都是液相。液相还可能很多,固相就更多了。不同的固体,自己都能成一个相。遇到复杂系统,就要看它的相图,才知道在不同的温度、不同的压力或者其他变量情况之下,有哪些相能平衡共存,各个相的相对质量有多少。相图里面有点、线、面,相对应于自由度为0,1,2。自由度则由相律计算。当年的助教张朝炎曾这样写道:相平衡也是教学中的一个重点,如何辨识花样繁多的相图,学生往往无从入手,田先生根据相律特性,总结出辨认相区、相数的一般规律,很容易看清楚每个体系的相图的相区及其相数分布,哪怕是错综复杂的相图,也能一目了然。
经田昭武精心的图解,学生好像对物化课没那么害怕了。于是,田昭武乘胜前进,出了很多思考题来巩固学生的概念。他针对物化教科书较为偏重计算作业而思考题目偏少的特点,增加了思考题的分量。他出的思考题,往往选取学生最容易混淆的一些概念,来启发学生思考,以辨清正误。他在设计思考题时,往往先告诉学生一个关系式,这样,学生做题时,就先要把所需的条件搞清楚,而不是简单地算一算就了事。因为必须把推演的过程中所需要的各种条件一步一步地都用起来后才能回答好,所以田昭武所出的思考题备受学生欢迎。尽管题目比较难,但是可以帮助学生把所学概念与内容辨析得一清二楚。
除了讲课,田昭武对实验课也抓得很紧,他先是抓好实验小组老师的实验。田昭武对指导实验的教师的基本功训练是很严格的,要求必须完全合格010第一章勇执教鞭?首战告捷才有资格去指导学生的实验。
何为完全合格呢?就物化实验而言,就是做出来的数据误差必须在许可的范围之内。他认为,要保证学生实验的质量,首先指导教师的实验误差也必须在此范围之内,甚至更小,如果教师连这一点都做不到,怎么能指导学生?因此,助教们往往要利用假期,到实验室做实验。他们要提前把下学期要指导的每一项物化实验都一一做过,而且必须把做出的结果向实验组长汇报。如果不合格,则要找出原因重新再做,直至合格为止。这一严格的“军规”在物化教学组中一直保持至今。
张朝炎说:“田先生对我们助教要求是很严格的,其目的是提高整体教学的水平。因为助教的水平提高了,整体的教学水平也就提高了。”对于化学系的本科教学,无论是图解的辨析、思考题的设置,还是实验课的严格落实,犹如一块口味丰美、营养周全的三明治,缺一不可。
田昭武在基础课教学上下了很大功夫,投入了大量精力,但他不是简单地拿着教材照本宣科,而是自己去考虑、去组织,逐渐形成自己的体系。在教学中,他不断创新,先将一个重点章节改为自己的思路去教,然后不断总结、修正、完善。待到次年,他再换另外一个章节按照自己的思路去教,以此类推,不断循环。连续数年之后,他已把教材里所有的重点章节都换成自己的思路,形成了自己独特的教学体系,在这个体系里,游刃有余。
电化学研究的第一篇论文1955年,田昭武结合物理化学教学,撰写了第一篇论文《一个含有三个常数的气态经验方程》,论文是与导师卢嘉锡先生合作,联名发表在当时国内最权威的《化学学报》a上的。这也是卢嘉锡和田昭武以师生名义发表的唯一一篇论文。
a田昭武,卢嘉锡:《一个含有三个常数的气态经验方程》,《化学学报》1955年第1期。
011理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI1955年田昭武与卢嘉锡合作的第一篇论文(首页截图)1949年留校任教后,田昭武先后承担化学系两门主要课程“物理化学”“物质结构”的主讲教师,同时,他一直关注着国际上物理化学发展动态,寻找和思索着自己的研究方向。此时,国际上兴起的“电极过程动力学”引起了他的浓厚兴趣,并成为他今后的主攻方向。他之所以有把握选择这个研究方向,并非心血来潮,因为在主讲“物理化学”课程中的电化学(限于热力学内容)部分时,他已预感到电化学已来到一个新的发展时期,而动力学将是突破方向。
电化学是一门古老而又年轻的学科,通常认为起源于1791年意大利解剖012第一章勇执教鞭?首战告捷学家伽伐尼(Galvani)发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象。
1800年伏特(Volta)制成了第一个实用电池,开始了电化学研究的新时代。在经历了一个多世纪以后,电化学科学的发展和成就举世瞩目,无论是基础研究还是技术应用,从理论到方法都有许多重大突破。电化学科学的发展,推动了世界科学的进步,促进了社会经济的发展,对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题,已经做出并正在做出巨大的贡献。
电化学作为物理化学的重要分支,经历了热力学到动力学的两个重要发展阶段。热力学研究的中心问题是化学反应的方向和限度,电化学热力学的主要参量是电动势(E)。由于电动势易于准确测量,电化学热力学发展迅速,主要解决了电解质溶液等方面的理论问题及许多热力学参数的测量问题。当时“物理化学”课程所介绍的电化学,也仅限于热力学部分。由于电极反应是一个多相、多步骤的系统,化学反应在电极表面上进行,就必定有物质的扩散和传递的过程,而这些反应又是处在一个非常强的电场下的,因此比起一般的化学系统要复杂得多。一般均相的动力学、多相动力学都早已发展了,电化学的动力学直到20世纪40年代才刚刚起步,而当时我国在这个领域的研究还几乎是空白的。
摆在田昭武面前有两条路,一条是跟随导师卢嘉锡的研究方向,有导师在前方开路、引领,道路无疑会平直顺畅得多;另一条是离开导师卢嘉锡的研究方向,独自闯进一片尚未开垦的处女地,困难之大将是无法预测的。进还是退?田昭武处于艰难的选择之中。
就在这个关键时刻(1952年),苏联科学院院士弗鲁姆金(А.Н.Фрумкин)?
出版了一部专著《电极过程动力学》。此书在国际上产生了巨大影响,堪称电极过程动力学的开山之作。
田昭武得知此书问世的消息,敏锐地意识到《电极过程动力学》具有重大价值。但该书当时还没有中文版,他千方百计地托人购得俄文版的《电极过程动力学》。
从中学到大学,田昭武学的都是英文。20世纪50年代初,因为中苏关系友好,鼓励大家学俄文,田昭武才开始学习俄文。但阅读俄文原著,比起英文来,难度更大。尽管读得很吃力,但强烈的求知欲望,让他战胜了种种困难。他不厌其烦地查字典、请教懂俄语的老师,直到该书的中译本问世时,013理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI他也几乎读完了全书。在这场艰苦的阅读中,他既提高了俄语的阅读水平,又学到了最新发展的电极过程动力学知识,可谓一举两得。
1954年,一部由Delahay所著的《电化学中的新的仪器方法》(NewInstrumentalMethodsinElectrochemistryTheory)面世了。工科出身的Delahay把工科的微分方程知识和电路知识运用到电极过程研究中来,在当时极为?
少见。
Delahay和苏联弗鲁姆金院士的这两部著作,为田昭武学习电极过程动力学打开了新视野、新思路。他意识到电极过程动力学是现代电化学发展的核心,在理论和应用上都将具有广阔的前景。在理论方面,可以探索固体/电解质界面的性质和界面动力学的内在规律和机理;在应用方面,又是发展能源的电化学转换及存储、工业电解和电合成、固体表面的电沉积及表面精饰、金属材料的精制和电解加工、金属腐蚀的防护等电化学生产和工艺的理论基础。
“明知山有虎,偏向虎山行。”越是困难的,就越要去研究,这就是田昭武的性格。他说,去研究容易的课题,没有意思;越是难啃的,才更要去解开!从科学的角度而言,刚刚冒出来的事物,才最具有生命力,最值得去探索、研究。
尽管田昭武与他的导师卢嘉锡在研究方向上产生了差异,卢嘉锡先生非但没有责怪他,反而给了他完全自由的选择,全力支持他向电化学这一全新领域去开拓,并为田昭武描绘了挺进电化学的最初蓝图。由此,田昭武义无反顾地选择了电化学。这是他的学术生涯上新的起点。
田昭武曾回忆在面临这一改变研究方向的关键时刻,恩师卢嘉锡给他的鼓励和支持:“1954年,对于当时新兴的电化学动力学,我很感兴趣。他就鼓励我向这一新的学科发展。虽然我后来的研究方向不是物质结构,但是他的治学方法和为我打下的物理化学基础,对我日后在电化学的科研工作起了决定性的作用。”aa田昭武:《怀念恩师卢嘉锡》,《南强记忆——老厦大的故事》,厦门大学出版社2009年版,第119页。
??林山,田昭武:《我的恩师卢嘉锡》,《中国统一战线》2016年第11期,第72页。
014第一章勇执教鞭?首战告捷1957年田昭武独立发表第一篇电化学论文(首页截图)015理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI刚跨入电化学研究的大门,田昭武就遇到一只拦路虎——“自催化电极过程”。说是“遇到”还不如说是“抓住”,因为1956年初在指导学生陈荫遗的实验中出现了一个奇特的实验现象,若是旁人也许就视而不见或对它束手无策,但田昭武没有放过它。在短短几年中,他对这一“自催化电极过程”现象从理论上予以深入系统的研究,连续发表了3篇论文,并采用自装的仪器从实验上对论文预测的结论加以证实。该系列论文引起了处于起步中的电化学界极大的关注,成为电化学研究的经典范例。
从1955年田昭武与卢嘉锡联合署名发表的第一篇论文《一个含有三个常数的气态经验方程》,到1957年他独立发表的第一篇电化学研究论文《自催化电极过程的理论分析》,仅仅两年时间。在这短短的两年,田昭武顺利地实现“三级跳”:完成了探寻研究方向的重要转折、关键的切入和成功的突破。
在他的科研人生中,首战告捷,也预示他的电化学研究的脚步将是坚定而扎实的。
016第二章逆境中的坚守第二章逆境中的坚守20世纪50年代,地处海防前线的厦门炮火轰鸣,田昭武常在警报声中思考着科研问题,做着电化学实验;三年困难时期,由于营养不良而脸色发黄浮肿的他无怨无悔地为国家奉献出多项科研成果;“文革”十年浩劫,他被打成“白专典型”和“资产阶级反动学术权威”而接受“劳动改造”。无论是困境还是逆境,田昭武从来没有气馁过,他把命运紧紧地掌握在自己的手中。在那些阴霾密布的日子里,多少人十年蹉跎,而田昭武却是十年磨一剑,喜获丰收。
1978年,他从第一次全国科学大会上捧回了“电极过程和等效电路的理论研究”、“电化学测试仪器及电化学研究方法”和“DHZ-1型电化学综合测试仪”3个大会奖。
017理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI前线炮火和自然灾害20世纪50年代,两岸对峙,炮火纷飞,厦门岛处于对敌斗争前线。站在厦门大学校园背靠的五老峰向东远眺,波光粼粼的海面上闪现着大小不一的青灰色的山峦,那是国民党军队占据的小金门、大担、二担等岛屿。据说,清晨还能听到对岸的鸡鸣声。自然,双方都处于对方炮火射程内。由于当时解放军的空军及地面防空能力较弱,国民党军的飞机常肆无忌惮地飞来袭扰。
非常时期,一遇炮弹或敌机凄厉的呼啸声,全校师生员工都要躲进防空洞、防空壕。田昭武的电化学实验经常被警报声打断。炮火轰鸣中,蹲在防空洞里的田昭武总是惦记着正在进行的实验,警报一解除就赶紧往实验室跑,抓紧点滴时间做实验。
1951年3月,经教育部决定,厦门大学理、工两院师生及家眷分期分批向距离厦门200多千米的山城龙岩迁移。一年之后(1952年2月),两院师生及家眷才返迁回来。回迁路上,行李统一雇民工用独轮车载运,田昭武等年轻教师和学生一起步行,路途历时4天。
直至1958年中国人民解放军发起“8·23”炮击金门之后,国民党军的火力才被压制,但还是常有冷炮落入厦大校园(此后中国人民解放军维持“单日打双日不打”状态直到1979年)。除此之外,国内还有政治运动此起彼伏,校园一直不曾平静。此时,田昭武年富力强,正是大展身手的最佳时期,却不得不应对来自外界的各种干扰。
1956年,在卢嘉锡的亲自安排下,29岁的田昭武被派到南京大学进修。
50年代初,国家没有选派出国留学的政策,在当时留学无门的情况下,外出进修可是极为难得的机会,因为讲学的老师是民主德国电化学专家。他兴致勃勃地踏上了北上的列车,前往六朝古都南京。
然而,愿望落空了,不知什么原因,民主德国专家迟迟没有出现。在等待的过程中,雨花台、中山陵、夫子庙等名胜景点他未曾游览,但却径自走进南京新华书店,买了《数理方程》和《热传导理论》两本书,静静地攻读,等待专家的到来。两个多月的时间悄悄过去了,等候的专家最终没来,一次宝贵的进修机会落空了,但田昭武却另有斩获。他利用这段时间,静下心来,018第二章逆境中的坚守凭借从小训练的自学能力,掌握了《数理方程》和《热传导理论》中的知识。
刚刚选择电化学作为研究方向的田昭武对这次进修的期待是不言而喻的,但期待竟落空了,看似时运不济,天不助我,但田昭武不这么想,他认为这是一个最好的自学机会,是不可多得的机遇。他后来谈到自己的科研生涯时曾指出,机遇在人而不在天,“机遇人人不同,不要攀比、埋怨或等待,关键看你能不能充分抓住当前现实的机遇并好好利用,不要辜负任何机遇”。这一“机遇论”也贯穿了他的一生。
他充分利用这两个多月的时间,啃下《数理方程》和《热传导理论》两本书,为他今后的科研工作打造了一把金钥匙。带着自学的收获,田昭武返回厦大后,立即投入电化学的研究之中。
1957年暑假,31岁的田昭武获得了一个极为难得的学习机会,北上长春,参加苏联专家弗鲁姆金院士及卡巴诺夫教授的报告会。当年从厦门到长春,路途遥远。辗转换车,他整整乘了三天四夜的火车,才赶到长春。下车后,他不顾旅途劳累困顿,立刻投入学习。两位专家不愧是国际电化学界大家,报告内容丰富,非常具有启发性。田昭武如饥似渴、全神贯注地聆听,1957年长春弗鲁姆金院士讲学报告会(二排左一徐国宪,左三朱荣昭,左四吴学周,左五弗鲁姆金夫人,左六弗鲁姆金,左七卡巴诺夫,左八黄子卿,左九吴浩青,左十胡志斌;三排右三田昭武)019理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI生怕漏掉哪怕是一个微小的细节。
此后,在长达20年的时间里,国内外形势变化莫测,中国科学家与国际上的联系逐渐疏远,基本上处于半隔绝乃至全隔绝的状态。厦门地处海防前线,信息更为闭塞。
田昭武在20世纪50年代末开始研制的蓄电池是银锌电池。这一期间他与林祖赓、陈衍珍、叶明库等发表了一系列有关银锌电池的研究成果,如1959年发表于《厦门大学学报》的《锌在碱溶液中电化学行为的研究》,1963年发表于《厦门大学学报》的《银电极大电流充放电的某些行为》、“自催化电极过程的理论分析”系列论文,在电化学理论研究方面取得了令人瞩目的成果。
20世纪60年代,厦门大学化学系(包括华东物构所催化电化研究室)科学讨论会?
(一排右三刘正坤,右四周绍民,右五陈国珍,右七顾学民;二排左六张乾二,左七田昭武,左八李法西,左九蔡启瑞)这一时期,我国经历了内部政策、外部环境等因素造成的全国性饥荒(史称“三年困难时期”,从1959年至1961年)。在此期间,地瓜和地瓜干成为厦大师生们的主食,牛皮菜、空心菜都是师生们的果腹之物。田昭武的“蓄电池”及自催化电极过程的理论研究正值攻坚阶段,可是营养不良再加上020第二章逆境中的坚守疲劳过度,他脸色发黄浮肿。生活的艰辛与当年在永安读中学时相似,但他毫无怨言,每天早出晚归,在实验室里埋头苦干,经受艰苦生活的考验,陶醉于科研工作之中。
“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。”配合银锌电池的研究工作,经过不懈地努力,“蓄电池充电放电试验自动控制器”研究成功了,解决了科研工作中的诸多难题。
田昭武和同事们乘胜前进,在1961年和1962年两年中,又先后研究成功“电解池恒电位电源装置”和“极化曲线快速自动记录仪”。这一台台的仪器、一套套的装置的成功问世,令田昭武感到了动手创造的快乐、科学发明的愉悦,同时也看到了电化学更为广阔的应用前景。
三年困难时期,田昭武的儿子田中群才五六岁,他说:“父亲很照顾我和姐姐。记得在最困难的时候,我们家最有营养的食品就是鸡蛋。一天也就煮一个鸡蛋,而父母亲却给了我和姐姐,一人半个。父亲、母亲却连半个鸡蛋都没有尝到。”当时,厦大师生把食堂那道盐水煮空心菜戏称为“无缝钢管”,形容毫无油水的空心菜秆,犹如钢管令人难以下咽。而田昭武在吞咽着为了生存的“无缝钢管”之时,却无怨无悔地为国家奉献出他发明创造的科研成果,如鲁迅先生说的,吃的是草,挤出的是奶。这正是中国知识分子如牛负重、安贫乐道、坚忍不拔的高风?
亮节!
1962年,田昭武开始培养硕士研究生,首批研究生为林祖赓和叶明库。
在此期间,他同时着手研制采用电子管的“电极充电曲线繁用仪”,该仪器被认为是日后晶体管和集成电路的“电化学综合测试仪”的雏形。
1963—1964年,田昭田昭武指导研究生林祖赓做电化学实验(20世纪60年代)021理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI武继续电极交流阻抗的理论研究及银锌电池的研究,对电极交流阻抗绝对等效电路提出微分新解法。
在科学研究的道路上,他义无反顾,再接再厉,取得了累累成果:应用自装的仪器,进行电极交流阻抗的理论研究,首创可以跟踪快速电极过程的阻抗变化,用于测定瞬间交流阻抗的“选相调辉测定法”和“选相检波测定法”。而选相调辉法和选相检波法等测定瞬间电极交流阻抗的快速方法,都远早于国际上应用锁相技术进行的同样目标的测定法。
正是在这种艰难的科研条件下,田昭武做出了非凡的业绩。他响应祖国“向科学进军”的号召,一步一个脚印,坚定不移,勇攀电化学科学的高峰!
“文革”避祸巧遇晶体管因为出色的科研、教学成果,1961年年仅34岁的田昭武被提拔为厦门大学化学系副教授,成为厦门大学当时最年轻的副教授之一。
正当田昭武在科学道路上乘胜前进时,1966年,一场史无前例的“文化大革命”爆发了。这场运动来势凶猛,比起过去任何一场政治运动都有过之而无不及。在政治上寡言少语的田昭武与中国大多数知识分子一样在劫难逃,被打成“白专典型”和“资产阶级反动学术权威”。一切都来得那么迅猛,那么不可思议,令他猝不及防、无所适从。他被驱逐出实验大楼,无可奈何地离开工作了十几年的、朝夕相处的实验室。当他走出实验室的那一刻,看到实验室大门被最后查封钉死时,他心如刀绞。痛苦之余,他依依不舍地朝实验室回眸一望,他坚信,这一切终将过去,总有一天他还会回来!
这一年田昭武才39岁。对于科学家来说,这是他们的一生中最富有创造力的、精力最充沛的黄金季节,还有什么比被剥夺了工作权利更为痛苦?在“横扫一切牛鬼蛇神”的口号下,田昭武虽然归入被打倒的对象,不过由于他比较年轻且平时为人低调,实在也整不出什么“黑材料”,故没有成为“重点对象”而隔离关押。每天早晨,他从家里来到“牛鬼蛇神”的集合地——厦大校门边的灯光球场,等待红卫兵点名后,领取水桶或扫把,开始一天的“改造”——为校园的树木浇水、扫地。
1967年,“文革”进入第二年,停工、停产、停课,神州震荡。厦大校园022第二章逆境中的坚守内,分为“革联”“促联”对立的两派红卫兵组织,无暇顾及批斗“走资派”和“资产阶级反动学术权威”,开始转向派别间的争斗。田昭武实验室所在的科学楼,被红卫兵造反派们占领,并作为武斗的据点。对立的两派打着“文攻武卫”的幌子,从棍棒交加、互扔石块,逐步升级到使用轻重武器。霎时间,校园内硝烟弥漫,流弹横飞。万般无奈之下,田昭武与家人偷偷地逃出鹭岛,回到福州老家避祸。
离开厦大校园,田昭武完全可以抛开科研工作,放松身心。但令人想象不到的是,就在这样令人窒息、万念俱灰的日子里,田昭武居然通过自学,悄悄地掌握了晶体管电子学新技术,像一个孤独的长跑运动员,在空旷的黑夜里追赶着世界科技发展的前沿。
有一天,田昭武漫步在福州街头,他发现无线电商店乃至街头的地摊上,都摆放着一些电子产品。他眼睛一亮,脚步顿时停了下来,走近前去仔细一看,发现了一个秘密。原来,这个吸引他的东西是一台小小的晶体管(当时称作半导体)收音机,当时在国内还鲜有晶体管的电子产品,他马上意识到,这些神奇精巧的晶体管将会取代之前人们熟悉的电子管。田昭武窃喜:“我又有事情干了。”塞翁失马,焉知非福。“文革”那烦心的厮杀声、批斗声渐渐远去,田昭武的注意力开始转到了探索晶体管这一奥秘上。
就读大学时,通晓物理和化学两学科的钱人元先生曾给他们开设了电子学课程,给田昭武打下了电子学的基础,虽然那时只有电子管(真空管),晶体管还没出现。此时,电子学知识在他脑海中被激活了。他毫不犹疑地购买了晶体管以及各种类型的零部件,兴冲冲地带回家。走进家门,说干就干,一刻也容不得犹豫,他动手组装了收音机和万用表,然后把收音机和万用表装了拆,拆了又装。一时间,福州老屋里,弥漫着电烙铁冒出的白烟,飘散着松香的气味。化学实验室不可能搬到家里来,但家里的一张书桌却成了他驰骋电子世界的战场。在装拆过程中,田昭武反复研究各种晶体管的用途和晶体管收音机的电路图,通过自学“晶体管电路”“数字电路”,很快掌握了晶体管电子学技术。
曾经有记者把田昭武的这段经历称作“有心栽花花不开,无心插柳柳成荫”,这实在是大错特错的看法,如果你了解他是个善于“抓机遇”的人,就023理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI不会认为这是他的“无心之举”。其实,田昭武岂止是有心“插柳”,而且在心里早已规划好“柳成荫”的未来。电子学从电子管发展到晶体管、集成电路直至大规模集成电路,他始终结合电化学科研发展的需要,坚持自学,紧跟电子学的发展步伐,系统地掌握了电子学这门科学工具,设计制造出多种现代电化学仪器,在电化学科研的困境中开辟出一条新的路子,形成自己的学科特色,这些当然是后话。
人们还记得1959年,田昭武赴南京大学听民主德国专家的报告未果,利用等待的时间自学了“数理方程”和“热传导”两门科学理论;“文革”浩劫中,虽戴着“白专典型”和“资产阶级反动学术权威”两顶帽子,但他没有虚度光阴,不受停课、武斗的干扰和影响,坚持自学电子学,想方设法地做一些与科研相关的事情。无论是困境还是逆境,田昭武从来没有气馁过,他始终是时间的主人、学习的主人,把命运紧紧地掌握在自己的手中!他坚信电化学这门科学前景广阔,一定会为人所识,一定会不断发展,更好地为祖国的社会主义现代化建设服务。
研制锌-空气二次电池1971年,厦门大学开始招收“工农试点班”学员,开办催化化学和电化学两个专业。封闭已久的群贤楼大教室和科学楼实验室开始亮起了久违的灯光。正如田昭武所坚信和期待的那样,他终于又回到了阔别5年的实验室。
走进尘封已久的实验室,田昭武愣住了,简直不敢相信这就是他曾经朝夕相处的实验室。垃圾、污泥,还有四处可见的老鼠粪便。大家毫不犹疑地卷起袖管,动手清扫垃圾污垢,擦掉实验桌上厚厚的尘土,振作精神,一切重新开始。
紧接着,田昭武接受了一个新的电化学科研项目——研制“锌—空气二次电池”(以下简称“锌空电池”)。这种电池是20世纪60年代发展起来的高比能电池,可作为一次电池使用,也可作为二次电池反复充电放电循环使用。
虽然重上讲台,也允许进入实验室,但田昭武的“反动学术权威”和“白专”的帽子仍未摘除,“文革”的阴影还一直笼罩在心头。就他个人而言,除了承受着随时被批判的煎熬之外,更令他牵挂的是家已不成家。一个四口之024第二章逆境中的坚守家,却分居三处。他可以忍辱负重,胆战心惊地做实验、搞科研,却无法照顾身体羸弱、下放龙岩山区的妻子和去接受贫下中农再教育的女儿。
“文革”期间,女儿田中维上山下乡插队到闽西武平山区,妻子高秋辉被下放到龙岩雁石山区。
家里只剩下他和读初中的儿子田中群,父子俩相依为命。能回到实验室工作,是他被剥夺5年之久所渴念的,回到他的电化学空间,更是他梦寐以求的。虽然心里一直牵挂着拍摄于20世纪80年代初的全家福?
(左起前排高秋辉、田昭武,后排田中维、田中群)远在山区的妻子、女儿,他还是全心全意投入锌空电池的研制,只想争分夺秒地把被“文革”耽误了的宝贵时光夺回来。
凭借着坚实的基础和科研实力,田昭武驾轻就熟,一年多就和同事们研究成功锌空电池。经鉴定,其性能指标达到设计要求,单元电池比锌锰电池在质量上轻33%,工作时间长4~5倍,循环寿命达100多次,可直接应用于部队无线电通信电源及防化部队核爆实验室空气污染测试仪,以及作为矿灯、航标灯、黑光灯的电源。厦门大学化学系同漳州有关部门、企业生产锌空电池作为黑光灯电源,在漳州地区的水稻田中诱捕了一个虫季,取得满意的效果。同时,与上海煤炭机械所合作生产便携式矿灯代替铅酸电池矿灯,大大减轻矿工的负重,还延长使用时间(一次充电铅酸电池使用8小时,锌空电池可使用15小时)。
作为检验锌空电池的一项内容,有关部门借来了一台16毫米的电影放映机,全程采用田昭武和同事们研制成功的锌空电池作为电源,在厦大化学系食堂放映黑白故事片《英雄儿女》。
025理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI研制的锌空电池(右上)作为矿灯、黑光灯(右下)及部队通信电源(左)等(厦门大学化学系尤金垮提供)灯光转暗,屏幕上《英雄儿女》的片头渐渐地浮现出来,锌空电池开始正常、稳定地提供着电能。随着故事情节的展开,人们仿佛走进了战火纷飞的抗美援朝前线:意外重逢的兄妹王成、王芳两人,前仆后继,打击侵略者,保家卫国的精彩故事让人热血沸腾、激情澎湃!当电影中熟悉的旋律《英雄赞歌》响起时,田昭武忍不住跟着全场观众哼唱起“风烟滚滚唱英雄,四面青山侧耳听……”其实这部经典影片,在场的观众已不是第一次观看,但他们从未像今天这么激动。除了故事情节令人百看不厌之外,还有一个原因,就是整个放映过程,不接市电,自始至终影像清晰稳定,音质清澈透亮,没有出现故障或瑕疵。田昭武和他的同事们更是难掩内心的喜悦,他们研究的锌空电池成功了!他们心中洋溢着为祖国做出贡献的幸福感和自豪感!
当电影放映结束,屏幕转亮时,全场响起热烈的掌声。这样的掌声在当时是极为罕见的!因为掌声是送给提供放映电影的电池的研制者的。鼓掌的观众也许不知道电化学是一门什么样的科学,研制这种特殊电源的带头人是谁,但他们清楚,锌空电池的成功研发,正好给偏远山区、军营哨所、煤田矿区雪中送炭,送去及时雨,是一项对祖国社会主义建设有着深远意义的科研成果。
026第二章逆境中的坚守争分夺秒研制电化学综合测试仪随着1971年“工农试点班”学员进入厦大学习,1972年,首届工农兵学员也进入厦门大学化学系,此后又招收了四届。工农兵学员是20世纪70年代初在中国大地上出现的一个特殊的群体,他们是“文化大革命”高等学校停止招生之后走入大学校园的学生。因为来自社会基层,且未经过高考而直接选送上大学,所以水平参差不齐。
此时,田昭武除了继续研究锌-空气二次电池外,同时着手编写《电化学研究方法简介》讲义并为工农兵学员讲授该课程。面对着大多数未经过中学阶段系统学习的学生,田昭武竭尽全力把讲义编得更加通俗易懂,更加切合他们实际。“文革”后重新走上讲台的田昭武再次展现他当年教“物理化学”的风采,“在电化学研究中,为了有成效地研究某个过程就必须创造条件使该过程在总过程中占主导或主要地位,这时该过程的主要矛盾便成为总过程的主要矛盾”,多年之后,许多当年的工农兵学员还能一字一句地记得课堂上听到的讲解,田先生的表述清晰又富有哲理,加之嗓音极具穿透力,在渴求知识的学员们脑子里留下了极深刻的印象。
紧接着,中央出台落实党的干部政策和知识分子政策的指示,国家对知识的尊重和对知识分子的保护逐渐恢复,紧箍在田昭武头顶上那顶“白专典型”帽子终于被一步步摘掉。
1973年,田昭武带领科研团队(陈体衔、林仲华、穆纪千及福建三明无线电二厂的工程师杨鸿枢等)开始研究“电化学综合测试仪”。有人说这是?
12年前研究的“电极充电曲线繁用仪”的晶体管版,这种说法并不完全准确。
的确,电极充电曲线繁用仪是真空管时代的产品,而电化学综合测试仪电子器件都是晶体管及集成电路,电路原理与真空管的区别很大,线路都要重新设计,而更主要的区别在于,随着电化学科学的发展,新仪器还增加了许多测试应用功能。
在研制电化学综合测试仪过程中,田昭武作为仪器的总设计师,他废寝忘食,争分夺秒,从早到晚几乎都泡在实验室里。实验室在科学楼,离他家国光三较近,每次都要等到孩子去叫他,才放下手中的工作回家吃饭。
027理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI儿子田中群说:“小时候我对父亲印象最深刻的,就是觉得他工作非常忙,一天到晚总是在工作,而且不管白天黑夜,甚至节假日也不休息。记得有一年春节,实验楼的门卫到了晚上六七点,就要把大门关上。我去叫他吃饭时,门已关闭,我进不了门,他也出不来。后来,好不容易找了一个梯子模样的东西,父亲才从窗户爬了出来,这个印象特别深刻。爸爸没有时间概念,总是在吃饭时间还不回家,饭菜都凉了,我就得去催他。后来,我找了个捷径,不必进入楼内,只要跑到科学楼的后面,朝他实验室的后窗大喊几声,他的实验室窗户一般都打开着,只要一听到我的声音,他就会回应一声,过一会就可以看到他走出来。这样我就省得多走路,效率也提高了。”女儿田中维也有这样的经历。她说:“更早些时候,实验室在大南礼堂隔壁的化学馆,距离我家比较远,他有时候就要骑自行车去。后来实验室搬到科学楼,在国光三住宅楼旁边,离我们家较近一些。他也是经常到了吃晚饭时间还没回来,妈妈就要派我去叫他。当时,既没有电话,更没有手机,不像现在这么方便。记得有一个星期天下午,整栋楼空荡荡、静悄悄,不见一个人影。我一个人进去找他,确实有点害怕。我从一楼走到二楼,再上到三楼,实验室就剩他一个人。我叫声:‘爸爸吃饭啦!’他‘啊’了一声,说:‘几点了?’我说:‘妈妈叫你回去吃饭。’他并没有马上跟我回家,而是说:‘你先回去,我待会儿再回去。’他如果正在进行实验,一头沉浸进去,那就不管时间几点了。”田中维笑称,他们姐弟俩一直充当妈妈的通信员,为了叫他回家吃饭,一天要跑几趟。
吃饭时要儿女们前往实验室催他。晚上回到家里,他也没有停下工作,针对实验过程中的一些现象和问题,思考第二天的改进方案和实施步骤。有时甚至是彻夜未眠,通宵达旦。而第二天一早,他便向同事们提出了新的实验想法。他习惯地把这个时段的思考定为自己一天工作的“第四阶段”。同组的教师和工人师傅们都说,田先生思路变化非常快,我们的思路和工作要跑步才能跟得上。妻子常担心他过于劳累,忍不住说他:“你这样日日夜夜,天天加班,身体拖不起啊!”他却说:“测试仪一天不研制出来,我心里就一刻不能安宁。”榜样的力量是无穷的。在他的影响下,这个研发小组的全体人员以及福028第二章逆境中的坚守建三明无线电二厂的技术人员全都毫无怨言地投入研发的攻关克难的拼搏里,问题一个个解决,难点一个个突破,田昭武几乎进入了忘我的境地。
DHZ-1型电化学综合测试仪在田昭武和攻关小组全体成员的不懈努力下终于研制成功,由福建三明无线电厂做出第一台样机。它是我国第一台比较大型、综合性强、集成电路化的电化学测试仪器,零部件全部采用国产材料,其主要功能范围和DHZ-1型电化学综合测试仪某些技术指标超过国外进口的同类仪器,达到国际水平,突破了一向依赖国家外汇采购进口电化学研究设备的困局,使诸多研究单位得以利用这一国产仪器开展工作,结束了中国人未能制造电化学综合性仪器的历史。
1978年3月,全国科学大会胜利开幕。在那些阴霾密布的日子里,多少人是十年蹉跎,而田昭武却是十年磨一剑,喜获丰收。他研究成功的“DHZ-1型电化学综合测试仪”“电极过程和等效电路的理论研究”“电化学测试仪器及电化学研究方法”等三项成果都荣获全国第一次科学大会奖,成为这次大会上获奖最多的科学家之一。同时,他主持的“锌—空气二次电池的单元电池”项目也获得了福建省科学大会奖。
田昭武说过:“我的科研特色主要有两点,一是‘三驾马车’,在理论和应用研究之外,还应该要自己研制研究仪器,最好是连原理都是你自己设计的,那样你所做的研究工作肯定比别人更好……”DHZ-1型电化学综合测试仪以及后来研制出的一系列仪器,毫无例外地走着“连原理都是你自己设计”的创新之路。
029理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI第三章从传统电化学到现代电化学20世纪50年代中期,田昭武开始取得“电化学自催化”等一系列研究成果。此后在电化学学科发展过程中,他始终站在本学科的最前沿,从经典(传统)电化学研究到现代(谱学)电化学研究,在理论、研究方法、应用三方面(被戏称为“三驾马车”)都做出许多开创性的工作。而且他通过多学科交叉,引入其他学科方法、原理及最新研究进展以拓宽电化学研究的方法和视野,同时将研究范围拓展到其他学科、应用领域,如分析化学、微系统微制造、制作生物芯片的高密度阵列点样技术、基于液相储能的超级电容器等等,不断创新,硕果累累。田昭武科研工作的主要历程和成果都体现了他的独特的科学思维方法和研究特色。
030第三章从传统电化学到现代电化学引进我国首台个人电脑1978年全国科学大会之后,“科学技术是生产力”“向四个现代化进军”“努力攀登科学高峰”成为科技界的主旋律。广大知识分子受到前所未有的重视,他们张开双臂、振奋精神,拥抱科学的春天!可是,国家刚刚从“文革”浩劫的噩梦中苏醒过来,且不说国民经济尚未摆脱濒临崩溃的困境,就是科学技术水平与世界发达国家相比,也是差距甚远,追踪世界科技前沿时不我待。
之前在电化学理论研究中,在许多情况下微分方程及微分方程组是无法得到解析解的,必须采用数值解,而数值解计算量相当大,原始的、笨拙的手工计算完全难以胜任,唯一的办法就是依靠计算机。为此,田昭武心急如焚。
在人类科技史上,大概还没有一种学科可以与电子计算机的发展速度相提并论。今天,微型计算机已经像纸和笔一样,成为人们生活中司空见惯的东西。然而在20世纪70年代的中国,微型计算机对于大多数人,甚至科研工作者来说,还是一个陌生的概念。
“文革”结束后,福州大学终于有了一台大型电子计算机,它是福建省唯一的一台电子计算机。得知消息,田昭武视若至宝,立刻派了陈体衔、林华水两位助手带了课题前往福大试运算,希望能够利用这台电子计算机解决多孔电极极化理论的计算问题。
这台所谓的大型电子计算机,并非其功能强大,而是由于采用的是电子管,体积相当庞大,主机及附属设备就占满两了个房间。电子管的寿命很短且毛病百出,所使用的语言和软件都非常落后,程序要先经一套代码转换,输入要先经穿孔机把程序纸带穿孔,然后把穿孔好的程序纸带装入光电转换装置转换成程序输入计算机进行计算。整个穿孔的程序和使用的一些机器语言、代码都非常烦琐,效率极低。
1978年春天,封闭的国门正在一点点地被推开。田昭武从非常有限的海外英文资讯中,惊喜地获悉个人电脑(PersonalComputer)面世的消息。但是,这种微型计算机的(简称“微机”)功能如何则不得而知。
031理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI机会终于来了。1978年8月1日—10月2日,田昭武作为中国化学学者代表团成员前往英国的剑桥、布莱顿和匈牙利的布达佩斯。他先出席在剑桥大学举行的第九次国际光化学会议,随后参加第二次国际太阳能光化学转换与储存会议,再前往布莱顿参加第十一次国际能源会议。最后,他转道匈牙利的布达佩斯,参加国际电化学会第29届年会。
这是一次难得的出国机会,他下决心要抓住机会,买一台微型计算机?
回来。
在英国会议期间,他从令人眼花缭乱的广告里,发现了计算机展览会的海报。他走进了计算机展览厅,亲手触摸了一台台计算机,经过几番对比,认真阅读说明书,终于选定了型号为TRS-80的个人电脑。这台个人电脑很适合他的电化学的理论计算,但是价格不菲,需要400多英镑。
1978年赴欧洲参加会议(右起田昭武、吴浩青、査全性、杨文治)虽然科学的春天悄然而至,但是,国家百废待举,科研经费捉襟见肘。?
400多英镑在当时可不是小数目,田昭武出国的津贴仅有500英镑。
离开伦敦前,田昭武怀揣这笔“巨款”直奔商场,柜台里除了TRS-80,就是“苹果”,没有更多的选择。而“苹果”的标价太高,超出了他500英镑的极限。一位金发碧眼的售货员接过田昭武递来的一叠英镑,乐呵呵地说:“噢,我可从来没有见过这么多的纸币。”英国人买贵重物品大都用支票结算。
小伙子把这台计算机包装好后,说了一句:“如果有问题,欢迎随时回访和咨032第三章从传统电化学到现代电化学询。”然而,回国的时间已经迫在眉睫。
到伦敦开会的客人,通常会被安排参观大英博物馆或者游览泰晤士河两岸,而这次多了观光野生动物园项目。这是一位英籍华人化学家刻意安排的,机会极为难得。但是田昭武放弃了,因为他记着售货员“如果有问题”的那句话。他一定要赶在回国之前,检验购买的电脑有否问题。
代表们都去参观了,田昭武在狭小的客房里,对照说明书,检查主机、显示屏、键盘,还有作为存储器的小录音机等,确定各个部件都完整后,决定插上电源试一试。可是,旅馆里的插座跟电脑上的插头居然不配套,旅社为了旅客的安全,配置的是安全插座。
这个小小的难题自然难不倒研制过DHZ-1型电化学综合测试仪等多种电化学仪器的中国科学家。改装插头只是小菜一碟!他小心地用剪刀剪掉插头上的电线,再去除橡胶外皮,然后用竹签顶开安全插座的小门,直接将两股裸线分头插进去,电脑上的显示灯随即亮了?
起来。
接着,他按照说明书上的步骤一步一步操作下来。尽管是第一次操作,但一切都进行得很顺利。
他根据说明书上的高级语言,尝试着自己动手编程。结果屏幕上真的能够画出曲线,完全按照主人的想象而进行计算,且计算的速度很快,计算结果??田昭武正在使用TRS-80微机工作(上),RadioShack也立马显示出来。TRS-80系统(下)(1978年)033理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI田昭武出国带回一台个人电脑的消息不胫而走,立刻传到国家四机部领导的耳中。当时,国内还没有微机,而这台TRS-80型号的个人电脑是1977年的新产品,问世时间还未满一年。作为分管国家电子工业的最高机构,还没有见过个人电脑。四机部领导立刻邀请刚从英国飞回北京的田昭武携机到四机部,给大家进行现场演示。
为了更好地完成微机的演示任务,田昭武立即发电报请正在福州算题的助手陈体衔、林华水赶到北京。翌日,田昭武师徒3人将微机从宾馆搬到四机部大楼的会议厅里。部领导和30余位技术骨干,兴致勃勃地观摩了田昭武师徒们的演示。
在今天看来,这台TRS-80型号微机是那么原始、落伍。可是,在当时,它是那么神秘,那么可望而不可即。此次演示,令到场的四机部的许多专业人员大开眼界,他们都是第一次亲眼见到如此小巧且功能较多的微机。
此次跨出国门,田昭武不辱使命,他带回的微机不仅引起四机部领导重视,回到厦门大学后,前来参观的人群更是络绎不绝。这台微机被田昭武派上了大用场,较为顺利地逐一解决了许多当时还难以完成的电极过程理论的数值计算,如“多孔电极极化理论计算”“管道内壁阴极保护的计算”a“聚合物半导体光电转换的理论分析”b等课题。田昭武在“文革”后招收的第一届硕士研究生还充分利用该机完成其学位论文,如尹维平的《利用电子计算机曲线拟合法求解参数》、王斯成的《太阳能光化学转化光电流的某些计算》。
在田昭武1984年出版的专著《电化学研究方法》中,他独辟一章“电化学问题的数值计算方法”,详细介绍电化学问题中的一些常微分方程组、偏微分方程组及曲线拟合法确定电化学参数的数值计算方法,并且附上用科研人员简单易学的BASIC语言编写的计算程序模块。此后在他多篇学术论文和实验仪器的研制中,也都留下了当初这些微机运行的足迹。
这台微机的到来,不仅解决了厦大化学系电化学研究的诸多计算难题,连福州大学的卓忠疆教授也赶来厦大借用,甚至田昭武的胞弟田家熙也闻讯赶来。当时,田家熙是武汉钢铁学院的教授,他正在研究机械的应变课题中a叶明库,林华水,田昭武:《数值模拟管道内壁阴极保护的效率分布》,《材料保护》1982年?
第4期。
b田昭武:《聚合物半导体光电转换的理论分析》,《物理化学学报》1985年第1期。
034第三章从传统电化学到现代电化学的拟合计算难题。凭借这台微机,获取了比较圆满的演算数据。
微机的引进,还激发了厦门大学化学系教职员工学习微机的热潮,使得该系员工在普及和使用微机方面走在了全校的前列。当时,化学系的计算机教师丁明照使用的是ALGOL电脑语言讲课。后来田昭武带了微机回来,他才开始用BASIC语言教学。
在田昭武身上,人们发现他总有一种对新事物超乎常人的眼光和见识,他总是站得那么高,看得那么远。
当初选择电化学是如此,面对新生事物微机又何尝不是?
这正是始终提倡创新、实践创新的科学家的特质。
经典(传统)电化学理论和实验方法、仪器研究电化学科学是19世纪初发展起来的、主要是研究两类导体(电子导体,如金属或半导体,以及离子导体,如电解质溶液)形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。
初期,电化学处于热力学发展阶段,研究内容包括电解质溶液理论、电化学平衡等,以电位(E)为表征参数,如电动势、电极电位,代表一个电化学系统变化的势(方向和限度)。由于电池电动势较容易准确测量,电化学热力学发展很快,对有关各种物质热力学参数的测定做出了巨大的贡献。
但是电化学热力学无法处理电化学反应的速度问题。1952年,苏联著名科学家弗鲁姆金院士出版了专著《电极过程动力学》a,这是电化学研究从热力学过渡到以电流(i)表示反应速度的动力学新时期的重大事件。
对简单的电化学反应,人们可以通过极化曲线(电位—电流关系曲线)、Tafel斜率等稳态方法获得电化学反应的基本动力学参数。当电极表面进行电化学反应时,表面不断消耗反应物并生成产物,引起表面附近这些粒子的浓度变化(即浓差极化),而扩散传质和对流传质等过程会减缓这种变化。当系统的参量(如电位、电流、浓度分布、电极表面状态等)随时间变化极微,即aА.Н.Фрумкин,В.С.Багоцкии,З.А.Иофа,Кинетикаэлектродныхпроцессов,ИздательствоМосковскогогосударственногоуниверситета:Москва,1952.
035理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI可认为系统达稳态。但严格地说,反应粒子的整体浓度随着电化学反应而减少,绝对稳态是不存在的。电化学过程通常是很复杂的过程,可能牵涉多相多步骤,包括电荷传递反应、反应粒子的中间转化、反应物及产物的传质、界面双电层充放电,反应速度由各步骤串联而成,电极电流只是复杂电极过程各单元过程总效果的衡量,相当于化学动力学中的瞬间反应速率,因而稳态的研究方法局限性较大。
1954年,Delahaya等人提出电化学系统一系列暂态研究方法,引入时间(t)参数[及后来的阻抗(包括电阻、电容、电感)],在电化学反应的初始发生阶段(此时电极电位、界面的吸附覆盖状态、浓度分布尚处于变化过程)研究电极过程(包括中间步骤)的基本变化规律,开启了??20世纪50年代初对田昭武学术研究起重要作用的两本书:弗鲁姆金及Delahay的经典专著电化学动力学研究的重要发展阶段,成为20世纪50年代至70年代的传统电化学研究的主流。暂态研究方法的优点在于:(1)可借助现代电子学技术将测量时间缩短到微秒级且容易设计直流以外的各种扰动波形对电化学系统进行测量;(2)电化学系统可以用电阻、电容等电子学元件串、并联的等效电路来描述,物理意义明确也便于研究(稳态系统如用等效电路来描述,其等效电路只有电阻元件);(3)暂态方法多了时间因素,可以利用各基本过程对时间的不同响应,使复杂的等效电路得以简化,以便进一步解析。
但是,暂态系统中反应粒子的浓度是空间和时间的函数,数学处理较复杂,必须按特定的初始、边界条件求解各种单元过程的偏微分方程,从而得到包含空间、时间变量的浓度分布。
aDELAHAYP.Newinstrumentalmethodsinelectrochemistry[J],Interscience,1954.
036第三章从传统电化学到现代电化学进行暂态研究所必须具有的数理基础及电子学等知识正是田昭武的特长,在他刚踏入电化学研究大门时,就已对Delahay等人的著作烂熟于心,而且通过自学《数理方程》和《热传导理论》及电子学、计算机技术等知识,使他在电化学研究尤其是暂态方法研究方面如鱼得水。
田昭武在基础理论、研究方法及应用方面(包括实验仪器的研制)做出了许多开创性的工作,其中包括自催化电极过程、电极交流阻抗研究(瞬间交流阻抗选相调辉测定法和选相检波测定法、电极法拉第阻抗和非法拉第阻抗的等效电路、电极绝对等效电路)、多孔电极极化理论研究、聚合物半导体光电转换理论分析、电化学研究方法和多种电化学仪器的研究、某些化学电源的研究(如银锌电池、锌空电池)、金属腐蚀电化学研究、电分析化学、新型的脉冲极谱和电化学谱方法研究等等。
自催化电极过程研究1955年,田昭武正在探寻自己的研究方向,在一次指导学生陈荫遗的电化学实验中,遇到与当时的电化学反应规律迥然不同的极化现象。奇特的电流、电位变化现象立即引起他的注意,正应了那句老话——机会总是留给有准备的人。
该实验中,在恒电位情况下,电流先出现一个极小点,而后迅速增大,而在恒电流情况下,电极电位会先出现一个极大点,而后衰减。这些特异的暂态现象,与只有简单电荷传递的电极过程及普通催化电极过程截然不同,这些反应类型电极电位及电流的变化都是单方向的。田昭武下决心要解开这个“反常”现象的谜团。
以还原反应为例:一般简单的电化学电极反应,反应物O在电极上还原为产物R,只牵涉电极表面电荷传递过程,在恒电位的情况下,反应电流将按指数形式衰减至反应物扩散控制所维持的极限电流值,而在恒电流的情况下,因表面反应物浓度逐渐减小,电极过电位将单方向增大。
普通催化电极过程中,反应物O在电极上被还原为产物R,而产物R又被反应物Z氧化为反应物O,净结果为反应物O没有被消耗,只起催化作用,电极反应净结果为反应物Z转化为产物Y。因反应物O不断得到补充,037理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAI恒电位的情况下反应电流也会衰减,但总是大于只有简单电化学电极过程的反应电流。
而在自催化电极过程中,反应物O在电极上被还原为产物R,而R又与反应物Z反应生成更多的O,即随着反应的进行,表面反应物O的浓度不仅没有减小,反而不断增加。O既是催化剂,又是Z的还原产物。这是当时已被探明的自催化反应机理。但电极表面反应物、产物在整个反应过程中究竟经历了什么变化,使得衡量这些变化总效果的电流、电位随时间出现这些奇特极点,就需要从数学和物理的理论上对电化学扩散问题进行解析了。
电化学扩散问题和热传导问题一样,都属于拋物线数理方程问题,要攻克自催化电极过程理论问题必须先拿下这一堡垒,这就是田昭武在南京埋头自学的动力。他把自学的“数理方程”和“热传导”理论知识运用到电化学研究遇到的“自催化”现象中,把自己的研究成果写成了论文《自催化电极过程的理论分析》a,发表于《厦门大学学报》。
这篇论文提出与一般电极反应或普通催化反应之外的新的反应类型——自催化电极反应在恒定电流恒电流电极过程,界面反应物O的浓度—时间曲线?下及恒定电位下电解的电极过程理1—自催化;2—催化;3—无催化论解析。
这里只以伴有自催化反应电极过程为例来说明他采用的理论解析方法。
对自催化反应电极过程,经过一些必要的简化条件后,田昭武对平面电极依Fick扩散第二定律建立了物质O和R浓度与电极表面对应距离x和时间t的扩散偏微分方程,给出相应的初始、边界条件,并进一步在恒电流暂态、恒电位暂态条件下分别得到扩散偏微分方程的解析解。
a田昭武:《自催化电极过程的理论分析》,《厦门大学学报》(自然科学版)1957年第4期。
038第三章从传统电化学到现代电化学在恒电流暂态实验条件下(电流阶跃),采用运算微积的方法解得O,R浓度在电极界面包含时间变量(t)的关系式。从关系式可以看出在电极界面催化剂O的浓度随时间的变化先经历了一个极小点,而后又剧增。由于电极电位取决于O,R在界面的浓度,因此过电位因O,R的浓差极化而经历一个极大点后随时间延长而下降。
实验上,通过调节极化电流ik,使O的浓度仅略大于零,电位—时间曲线将出现尖锐的极大点,这一时间点正对应电极界面催化剂O的浓度出现极小点的时间。通过出现极小点的时间T还能进一步计算出该自催化反应的速度常数kl(将电极界面催化剂O的浓度随时间的变化关系式对t微分即可得反应速度常数kl与浓度出现极小点的时间T的关系式)。
而在恒电位暂态实验条件下(电位阶跃),同样采用运算微积的方法,在极限电流情况下(即电位足够负,反应物O在界面全部被还原),推演出电流—时间关系式,从中可以看出电流密度经历了一个极小点而后随时间增大的过程。将电流—时间关系式取对数(lni)并对t求导,当t→∞时,其极限为一包含反应速度常数kl的常数。因此实验中可将?
lni对t作图,曲线的渐近线为一直线,由其斜率可计算反应速度常数kl。恒电位电极过程的电流—时间曲线?
理论分析的结果指出,自催1—自催化;2—催化;3—无催化化电极过程的特征为:在恒定电流电解下,过电位对时间的曲线上出现极大点;在恒定电位电解下,电流对时间的曲线上出现极小点。该论文的另一成果是给出了在上述两种情况下测定化学反应速度常数的方法。最后论文还讨论了对流及电极表面曲率的影响。
后来田昭武又对自催化电极过程做进一步研究,采用自制的充电曲线繁039理念情怀——田昭武院士传略LINIANYUQINGHUAIa-2-4用仪,通过Pt电极在pH=1的10mol/LKIO3+2.5×10mol/LKI溶液中进行恒电流、恒电位阶跃实验,实验结果证实了理论分析的正确,而两种实验方法测得的化学反应速度常数kl也基本一致。研究结果发表于《厦门大学学报》b及《中国科学》(ScientiaSinicac)。
自催化电极过程的系统性研究工作,既有理论分析又有实验验证,引起了处于起步中的中国电化学界的关注,成为电化学研究的经典范例。
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